GC-MS、DSA结合化学计量学分析稀奶油发酵过程中挥发性风味物质变化.pdf
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1、成分分析 食品科学 2023,Vol.44,No.16 267GC-MS、DSA结合化学计量学分析稀奶油 发酵过程中挥发性风味物质变化王梦松,魏超昆*,范 敏,刘 慧,刘敦华*(宁夏大学食品与葡萄酒学院,宁夏 银川 750000)摘 要:采用固相微萃取-气相色谱-质谱法分析稀奶油发酵过程中的挥发性风味物质组成。在5 个不同时期共鉴定出32 种挥发性物质,其中酸类物质最为丰富。通过主成分分析发现,不同发酵时期挥发性化合物存在差异,不同时期样品可以被明显区分。通过计算气味活性值确定癸酸、辛酸、-癸内酯、2-壬酮和3-羟基-2-丁酮等9 种关键风味成分,结合描述性感官分析对样品的5 种感官属性进行评
2、分,并采用偏最小二乘回归分析对关键风味物质与感官属性间的相关性进行分析,发现发酵味和奶油味与癸酸、辛酸、-癸内酯、2-十一酮、2-壬酮和3-羟基-2-丁酮相关性较强。该研究探讨了稀奶油发酵过程中风味变化,对发酵稀奶油的生产调控过程有重要意义。关键词:稀奶油;发酵;挥发性风味物质;描述性感官分析;偏最小二乘回归分析Gas Chromatography-Mass Spectrometry and Descriptive Sensory Analysis Combined with Chemometrics to Analyze the Changes of Volatile Flavor Subs
3、tances during the Fermentation of CreamWANG Mengsong,WEI Chaokun*,FAN Min,LIU Hui,LIU Dunhua*(School of Food and Wine,Ningxia University,Yinchuan 750000,China)Abstract:In this study,the composition of volatile flavor substances during the fermentation of cream was analyzed by solid phase microextrac
4、tion(SPME)and gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).A total of 32 volatile substances were identified at five different periods,among which acids were the most abundant.Principal component analysis(PCA)revealed that the composition of volatile compounds differed at different fermentation perio
5、ds,and samples from different periods could be clearly distinguished.Nine key flavor components,including capric acid,caprylic acid,-decalactone,2-nonanone and 3-hydroxy-2-butanone,were identified by calculating odor activity values(OAVs).Five sensory attributes of the samples were scored by descrip
6、tive sensory analysis.The correlations between key flavor substances and sensory attributes were analyzed by partial least squares regression(PLSR)analysis,and it was found that the fermented and creamy flavor had strong correlations with capric acid,capric acid,-decalactone,2-decanone,2-nonanone an
7、d 3-hydroxy-2-butanone.This study is of great significance to regulating the production of fermented cream.Keywords:cream;fermentation;volatile substances;descriptive sensory analysis;partial least squares regression analysis DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221012-117中图分类号:TS252.54 文献标志码:A 文章编号:1002-663
8、0(2023)16-0267-07引文格式:王梦松,魏超昆,范敏,等.GC-MS、DSA结合化学计量学分析稀奶油发酵过程中挥发性风味物质变化J.食品科学,2023,44(16):267-273.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221012-117.http:/WANG Mengsong,WEI Chaokun,FAN Min,et al.Gas chromatography-mass spectrometry and descriptive sensory analysis combined with chemometrics to analyze the change
9、s of volatile flavor substances during the fermentation of creamJ.Food Science,2023,44(16):267-273.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221012-117.http:/收稿日期:2022-10-12基金项目:宁夏回族自治区自然科学基金项目(2021AAC03050);宁夏回族自治区重点研发计划项目(2021BEB04049);宁夏大学研究生创新项目(CXXM202262)第一作者简介:王梦松(1998)(OR
10、CID:0000-0001-8045-6961),女,硕士,研究方向为食品风味化学。E-mail:*通信作者简介:魏超昆(1990)(ORCID:0000-0002-9536-9753),男,讲师,博士,研究方向为食品生物技术。E-mail:刘敦华(1964)(ORCID:0000-0001-5872-2661),男,教授,博士,研究方向为食品营养与安全。E-mail:268 2023,Vol.44,No.16 食品科学 成分分析奶油是从生牛乳中分离出来的脂肪部分,作为脱脂牛奶的副产物,它可以在甜点、蛋糕、冰淇淋等产品中提供柔和宜人的香气。发酵稀奶油是西方饮食中的常用配料,近年来也逐渐被人们接
11、受并广泛应用。添加乳酸菌发酵不仅能够延长产品保质期,还能产生独特的风味和质地。然而,稀奶油制品在国内市场中还存在品种单一、品质落后等问题,大多商品还只依赖进口。唐诗宇1、Kim2等已经对稀奶油发酵工艺进行研究,确定最佳发酵菌种、发酵时间及发酵温度等,但对于稀奶油发酵过程中品质和风味差异变化的深入研究还鲜见报道。风味是影响食品品质和消费者接受度的重要因素,不同时间条件下产品风味也有所不同。刘瑶等3采用气相色谱-离子迁移谱技术分析牦牛乳干酪的挥发性风味物质变化,确定了不同成熟时间内的特征风味物质,为牦牛乳干酪产品的研发提供了参考。王丹等4研究稀奶油发酵前后的挥发性风味物质差异,发现经发酵后稀奶油的
12、风味组成更为丰富,酯类、醇类等香气物质明显增多。乳酸乳球菌是生产奶酪、发酵稀奶油和发酵乳的重要发酵剂之一,Beltrn-Barrientos等5采用固相微萃取-气相色谱-质谱法(solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)对不同乳酸乳球菌发酵乳的挥发性物质特征进行表征,鉴定出乙酸、己醛、2-庚酮、2-甲基辛酸乙酯等主要风味化合物。Lee等6利用电子鼻分析乳酸乳球菌乳酸亚种和乳酸乳球菌乳脂亚种在高达奶酪中的风味成分,验证了二者组合发酵具有更丰富的风味组成,为风味发酵菌的筛选和探究发酵菌的风
13、味机制提供了参考。因此,对发酵稀奶油挥发性物质的研究有助于更好地了解其风味组成及变化,为生产优质稀奶油制品提供理论参考,进一步提升发酵乳制品精深加工技术。目前针对奶酪、发酵乳的风味研究数据已有大量报道,其中大多数都是利用气相色谱-离子迁移谱仪、气相色谱-质谱联用仪和气相色谱-飞行时间/质谱仪等技术进行测定7-9。叶婷婷等10对比了奶油加热前后的挥发性香气物质变化,发现奶油香气主要由短链脂肪酸、甲基酮和内酯类物质构成,并且在加热后丁酸、2-庚酮和-十二内酯等物质含量成倍增加。Lee11研究了山羊奶油黄油冷藏期间的风味物质变化,其中双乙酰、1-辛 烯-3-酮、丁酸和-癸内酯等物质被认为是风味的主要
14、贡献者,随着贮藏时间的延长,内酯类和脂质衍生化合物强度增加,柠檬烯等萜烯类物质水平下降,己醛、己酸、双乙酰和1-辛烯-3-酮等无明显变化。然而,对于发酵稀奶油此类高脂肪乳制品的风味研究还尚不全面,对其发酵或贮藏过程中挥发性风味物质动态变化的研究报道还相对较少。因此,本研究通过技术检测、感官描述及统计学分析方法对发酵稀奶油风味物质进行综合评价。选择乳酸乳球菌发酵的稀奶油为原料,采用SPME-GC-MS技术分析发酵过程中稀奶油挥发性风味物质的组成及含量,结合描述性感官分析(descriptive sensory analysis,DSA)、主成分分析(principal component ana
15、lysis,PCA)和偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)分析,探讨不同发酵时间对稀奶油风味组成的影响并筛选特征风味物质,旨在为进一步阐明其特征风味物质的形成机制提供参考。1 材料与方法1.1 材料与试剂稀奶油 英国Pritchitts公司;发酵剂(乳酸乳球菌乳酸亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种)上海润盈生物工程有限公司;2-辛醇标准品 上海赛可锐生物科技有限公司。1.2 仪器与设备AL204型电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;DF-101S集热式恒温磁力搅拌器 上海予华仪器有限公司;MIX-VR旋涡混合器 上海测博生物科技发展中心;
16、GCMS-TQ8040三重四极杆型GC-MS联用仪 日本岛津公司;SPME装置(50/30 m DVB/CAR/PDMS萃取头)美国Supelco公司。1.3 方法1.3.1 样品制备参考Khademi等12的方法并稍作修改。稀奶油在1518 MPa均质后,95 杀菌10 min。随后冷却至3040 后,加入0.003%发酵剂在33 开始发酵。结合前期预实验结果,将取样点设置为发酵9、15、21、27 h,样品记为F9、F15、F21、F27,并以0 h代表未发酵样品作为(F0)对照,取同一发酵时间的3 个样品保存在20 进一步测定。1.3.2 SPME-GC-MS测定参考程晶晶等13的方法适
17、当修改。将4 g样品加入20 mL顶空萃取瓶中,并以10 L 1 mg/L 2-辛醇作为内标物,盖好瓶塞后旋涡振荡使其混合均匀。插入老化的SPME萃取头,并推出纤维头。在65 水浴条件下萃取35 min,结束后立即插入GC进样口解吸10 min。GC条件:DB-WAX色谱柱(30 m0.25 mm,0.25 m);氦气(纯度99.999%)作为载气,恒定流速为1 mL/min;在起始温度为50,以4/min速率升至125,保持2 min,再以5/min速率升至210,并保持5 min;采用不分流模式,进样口温度为230。成分分析 食品科学 2023,Vol.44,No.16 269MS条件:离
18、子源温度为230,质量扫描范围 m/z 30500,溶剂延迟为1 min。定性定量分析:挥发性物质的定性是根据其质谱数据与NIST14与NIST14S数据库进行匹配得出,仅将相似度大于80%的化合物进行定性14。挥发物定量采用内标半定量法进行,含量表示为mg/kg15。1.3.3 关键风味物质确定通过气味活性值(odor activity values,OAV)确定关键风味物质,利用各挥发性物质含量与阈值的比值计算,其中阈值主要来源于已报道的数据。若OAV0.1则对整体风味有修饰作用,OAV1则对整体风味贡献较大,挥发物的OAV越大,其对整体风味的影响越大16。1.3.4 感官评价通过DSA方
19、法对不同发酵时间的稀奶油样品进行评价。参考Liu Ao等17的方法,选择5 个描述词进行感官分析,分别是乳香味、甜味、奶油味、发酵味和果香味。根据风味强度划分为09的分数区间,其中0代表没有该香气,9则代表该香气浓郁。每个样品随机编码后分配给由10 名男女比例相同的专业感官评价人员进行评判 并打分。1.4 数据统计与分析实验数据均采用Excel进行数据统计,各实验进行3 次平行,结果以 s表示。应用Origin 2022b进行PCA,SPSS 23对数据进行方差分析,P0.05,差异显著。采用Unscrambler X分析软件中的PLSR进行相关性分析。2 结果与分析2.1 挥发性风味物质定性
20、定量结果采用GC-MS对稀奶油样品在0、9、15、21、27 h 5 个时间点的挥发性化合物进行分析,结果如表1所示。在稀奶油发酵前后共鉴定出32 种化合物,包括酸类14 种、酮类6 种、酯类6 种、烷烃类2 种、烯烃类1 种和醇类3 种。这些挥发性物质的产生与碳水化合物、蛋白质和脂质的代谢密切相关,共同造就了发酵稀奶油的独特风味。其中在0、9、15、21、27 h样品分别鉴定出22、25、29、28、28 种挥发性化合物。随着发酵的时间延长,微生物作用开始增强或减弱,导致各挥发性化合物含量升高或降低。丁酸、苯甲酸、3-羟基-2-丁酮、乳酸乙酯、2,3-丁二醇、2-甲基戊酸甲酯等物质仅在发酵阶
21、段被检测到,说明部分风味前体物质在酶作用下发生了降解,导致更多的小分子挥发物生成。因此,稀奶油在发酵后的风味成分更加丰富,各时期的挥发性化合物差异体现在物质含量不同。表 1 不同发酵时间对奶油挥发性成分的影响Table 1 Effect of different fermentation time on volatile components of cream类别挥发性成分CAS号含量/(mg/kg)阈值/(mg/kg)18香气描述180 h9 h15 h21 h27 h酸类乙酸64-19-70.020.01e0.200.01d0.960.04a0.850.04b0.270.02c26酸味丁酸
22、107-92-60.510.03a0.540.03a0.330.03b0.180.02c1.4汗臭味己酸142-62-10.020.01e1.120.02b1.160.02a0.610.03c0.400.01d1.8花香辛酸124-07-20.060.02e1.210.03b1.560.01a0.800.01c0.520.02d0.91汗臭味癸酸334-48-50.190.02e1.510.04b2.230.03a1.170.02c0.670.02d0.13油脂味壬酸112-05-00.030.010.010.004.6酸败味油酸112-80-10.190.01十一酸112-37-80.150
23、.01a0.020.01c0.040.01b10苯甲酸65-85-01.890.03a0.440.02b0.140.02c0.110.02c1坚果味月桂酸143-07-70.830.03c6.870.03a2.110.01b0.460.02e0.580.01d10棕榈酸57-10-31.480.03c19.870.02a2.600.04b0.270.02e0.840.02d10肉豆蔻酸544-63-80.190.02c1.820.02a0.690.04b0.180.02c0.120.01d109-癸烯酸14436-32-9 0.050.02d0.310.02a0.190.02b0.090.02
24、c0.060.01cd4.3酸败味顺式-十八碳烯酸506-17-20.160.01酮类2-庚酮110-43-00.070.02b0.090.01b0.170.02a1.5甜味2-壬酮821-55-60.090.01d0.500.01a0.120.02c0.150.01b0.082花、果香2-十一酮112-12-90.050.02d0.170.01b0.350.03a0.140.02bc0.100.02c0.041柑橘味2-十三酮593-08-80.020.01d0.070.02bc0.170.02a0.070.02b0.040.01cd0.52-十五酮2345-28-00.010.00c0.0
25、40.01b0.080.01a0.040.02b0.020.01bc3-羟基-2-丁酮513-86-00.110.02b0.200.01a0.040.01d0.070.02c0.014黄油味酯类-辛内酯698-76-00.020.01d0.060.01c0.150.02a0.090.01b0.040.01cd0.42桃子味-癸内酯705-86-20.090.01e0.370.02b0.530.02a0.320.02c0.170.01d0.002 5果香、奶油味-十二内酯713-95-10.460.02c2.530.03a0.850.02b0.170.01d0.210.02d0.06桃子味乳酸乙
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